高层混凝土建筑抗震结构设计探究

金健国

【摘要】抗震结构的出现，是顺应了当代社会的发展需求。面对人们对高层混凝土建筑质量要求呼声的不断提高，在实际的建筑设计乃至施工中应用抗震结构，不仅能够提高建筑的抗震性能、还能提高其经济效益，有效的推动当代建筑行业的稳定建设及发展。本文对高层混凝土建筑抗震结构设计进行了探讨。

【关键词】高层混凝土；建筑抗震；结构设计；措施

高层建筑抗震结构设计需要从目前抗震设计现状出发，提高结构与设备的关系，设计者应根据建筑工程抗震概念的知识和经验，做出判断，找出结构安全与经济合理的最佳结合点，探求出一种实用可行的二步或三步设防的合理有效的抗震设计方法，以更好地适应社会经济和科学技术的发展，满足人们使用需求。

一、高层混凝土建筑的结构特点及地震作用下的破坏特点

1、高层混凝土建筑的结构特点

高层混凝土建筑指的是建筑物高于28m，并且楼层超过十层的混凝土建筑。高层混凝土建筑结构其实说白了就是一种竖向的悬臂结构。高层混凝土建筑结构上的弯矩和轴向力是水平荷载跟垂直荷载导致的，建筑的高度跟轴向力实际上呈现线性关系。高层混凝土建筑的层数与水平位移，跟弯矩是呈上升曲线的关系，并且轴向力是与高度成正比例。从受力特性方面来说，当水平荷载离分布较均匀时，建筑的高度跟弯矩是呈二次方变化关系，而当垂直荷载方向不变时，高层建筑的增加高度所带来的受力也很小。

2、发生地震时高层建筑的破坏特点

（ 1） 地基破坏特点。如果高层建筑是处于软弱土层上，就比较容易发生破坏，因为土体液化会引起基础沉降，最终会出现上部建筑结构的倾斜，在一些危险地段所修的高层建筑，如果遇到地震，建筑的基础就会出现不均匀沉降，甚至导致建筑物出现裂缝，并且一旦高层建筑自身的结构周期跟场地周期相同时就会出现共振效应，严重的破坏结构。

（ 2） 结构体系破坏特点。如果高层混凝土建筑是框架填墙结构，一旦发生地震，建筑平面的内框架柱上部就易发生剪切型破坏，而窗洞部分因为窗下墙的作用会导致短柱性破坏。框架剪力墙结构受地震的破坏程度比较轻。底框结构因为底层具有较低的刚度，一旦发生地震，就会受到严重的破坏，而如果使用框架填墙结构，因为底层框架是敞开式，没砌墙时具有较低的刚度，所以，底层会受到严重的破坏。

（ 3） 刚度破坏特点。建筑的主体结构使用矩形平面式，建筑中的电梯井等如果发生偏心，在扭转振动的作用下会加重地震破坏度，而L形和三角形等对称性不强的平面形式，地震中更容易受到扭转振动的破坏，加重震害。

（ 4） 构件的破坏特点。采用框架剪力墙结构的建筑中，柱会比板和梁破坏严重，剪力墙的窗台下部位置比较容易发生交叉性裂缝。而框架柱因为设置了螺旋箍筋，所以，层间位移角比较大，框架柱在地震时具有较强的抵抗力。

二、高层混凝土建筑抗震结构设计的措施

1、设计建筑主体结构的基础

建筑工程的基础结构是否设计的科学，会跟建筑的质量息息相关，相同结构的单元应当设置在地基性质相似的地面上，并且使用一样的结构，如果地基的位置出现了橡皮土、液化土和新填土等承载力不一的土层时，要通过适当的处理措施来增强基础结构的刚度，保证地基足够的承载力。使用底框结构不仅实用性强，而且具有较强的经济性，使用范围相当广泛，但是，这种结构体系下的刚度分布不均匀，存在头重脚轻的可能，最终使得建筑物的整体结构出现不均匀变形，严重者甚至会导致房屋部分开裂，所以，不易在高设防烈度地区使用这种结构，或者在具体设计时，设计人员应当通过适当措施确保上下部分具有一致均匀的刚度，真正有效提升抗震水平。

2、 增加抗震防线

高层建筑的抗震结构是由多个延性分体系构成的，并且各个延性构件是相互协调连接的，如框剪力结构就是结合了剪力墙与框架分体而构成的多肢剪力墙结构体系，通常在大型地震出现后会发生余震，所以，若是只设置一道抗震防线，一旦该抗震防线受到余震的破坏，就会严重损伤到高层主体结构，严重者甚至出现倒塌。设计人员必须认真处理结构构件抗震设防体系，并确保同一平面内的主要构件屈服，剩余抗侧力部件处于弹性过程阶段，提高主体结构的有效屈服持续时间，保证主体结构具有加强的延性和抗侧移能力。在进行建筑的抗震设计时，可能会出现某一结构构件的抗侧移值太大的现象，最终引起其他结构构件强度不够，所以在设计时必须适当强化构件的抗侧移能力，必须反复权衡施工中的以大带小与个别抗侧力部件的配筋率提高等设计行为。

3、使用多种抗震计算方法

在进行高层混凝土建筑设计时，必须正确计算抗震结构的位移，定量的分析结构设计方案，将主体结构的变形量控制在一定范围中，确保发生一般的地震时不会出现变形。计算主体结构的承载力时，要实时计算高烈度地震下结构的层间位移角和延性位移，并根据建筑物构件中位移跟结构的变形关系，最终获得主要构件的变形数值，再结合建筑截面的应变情况，明确构件的合理构造要求，另外，还要确保建筑优良的场地条件良好，尽量降低所输入的地震能量，有效降低高层建筑的主体结构的破坏程度。

4、 抗震加固设计

（ 1） 选用螺旋复合箍筋。框架柱的抗剪能力应该跟强剪弱弯与剪压比想符合，柱子端部的抗弯能力必须满足强柱弱梁限值的标准，而短柱在强柱弱梁与强剪弱弯时，不会导致剪切性破坏，螺旋复合箍筋的突出优点就是可以有效提高柱子的抗冲剪能力，提高短柱抗震性能。

（ 2） 选用分体柱。短柱的抗弯性能强于抗剪性能，所以，在实际地震中往往是抗弯能力还没真正发挥作用就已出现了剪坏破坏，设计时需适当减少短柱的抗弯能力，让它跟抗剪强度相近，才会让短柱在地震中从一开始就满足抗弯的屈服强度。设计中常常使用减少抗弯强度的形式，即把柱子沿竖向设缝，并把它划分成各个分体柱，分体柱的配筋可在柱肢间布置一定数量的连接键，真正增强构件的刚度与抗震性能，常常使用通缝、分隔板和摩擦阻尼器等连接键。选用分体柱，虽说不能增强柱子的抗剪性能，但是在降低了抗弯能力时就提高了柱子的抗变形能力，实现了短柱向长柱的转变，有效提高了短柱的抗震能力。

5、將位移考虑在内，降低输入地震能量

（ 1） 客观看待位移问题。计算承载力是我国建筑结构设计的基础，设计人员应该重视这个计算，并采用弹性策略，系统性的分析和计算相关结构力，保证建筑结构的稳定和安全； 而要有效减少水平方向的侧移，可以减少建筑的自重，将横向弯矩考虑在内，在分析相关数据的基础上，开展深层次的设计，将多个方面的因素都考虑在内。

（ 2） 降低地震的输入能量。随着社会经济的发展，人们对高层混凝土建筑的抗震性能提出了更高的要求，所以，在开始设计时，就应考虑地震的预期作用，仔细预算、计算和分析变形问题，设计时应重视构件承载力，还要计算地震时层间的位移侧移与综合位移之间的延性比等，保证建筑结构的稳定性和实用性。

综上所述，近年来，人们对于高层建筑的要求也越来越高，高层混凝土建筑抗震结构设计是高层建筑施工建设的一项重要研究内容，通过综合分析高层混凝土建筑建设位置的地质环境，优化抗震结构设计，提高高层混凝土建筑的抗震能力。

参考文献：

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